CN110270125A - 不凝气去除装置及方法、蒸发结晶设备 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供一种不凝气去除装置及方法、蒸发结晶设备。所述不凝气去除装置包括：用于对蒸汽进行冷凝的冷凝器；气液分离罐，包括上下设置的气液分离区和液封区；气液分离区的入口被配置为使混合有不凝气的气液混合物切向进入气液分离区。导流管，包括第一端和第二端，第一端延伸至气液分离区的中下部，第二端连通负压产生装置。在负压产生装置工作时，所述负压产生装置通过所述导流管使所述气液分离区的中下部形成低压区，所述气液分离区上下区域的压差使所述气液混合物螺旋下降并产生离心力，导流管将通过离心力分离出的不凝气排出。汇流装置用于汇聚气液分离后的液体并将液体通入至液封区内部。本申请能够提高蒸汽换热器的换热效率。
Description
技术领域
本发明涉及高盐废水蒸发结晶处理技术领域，具体而言，涉及一种不凝气去除装置及方法、蒸发结晶设备。
背景技术
随着工业的不断发展，高盐废水的处理与排放问题是诸多工业发展面临的主要挑战之一，因此，高盐废水“零排放”工艺成为研究热点。蒸发技术主要通过机械、蒸汽等强制高浓盐水蒸发结晶产生结晶盐，常见的蒸发工艺有单效蒸发、多效蒸发和MVR(mechanicalvapor recompression，机械式蒸汽再压缩技术)工艺等，无论采用哪种工艺，蒸汽换热器都是各工艺中不可缺少的设备。
蒸汽换热器主要是实现两种或两种以上流体之间的传热，将热量从高温流体传递到较低温度的流体，使目标加热流体达到所需的温度条件。不凝气是指在蒸汽换热器中不能随着换热冷凝为液体的气体，其主要成分一般为空气，一部分是溶解在高盐废水中的空气随蒸汽进入换热器中，一部分是由于设备管道密封性不够而导致空气渗入。
蒸汽在换热过程中会形成冷凝液膜，不凝气则会在液膜的气液界面聚集，形成组分扩散层。蒸汽需通过扩散和对流两种方式继续进行冷凝换热，不凝气的聚集导气液界面区域蒸汽浓度降低，进而饱和温度下降，影响传热。随着换热的继续进行，若不凝气不被排出，其浓度会越来越高，组分扩散层内浓度梯度会越来越明显，传质和传热阻力会逐渐增大，因此，不凝气的存在会使换热器的换热系数明显下降。
在实际工程应用中，如何有效的去除蒸汽换热器内的不凝气，提升蒸汽换热器的换热效率具有十分重要的研究意义。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种不凝气去除装置，以提高蒸汽换热器的换热效率。
本申请实施例的另一目的在于提供一种去除蒸汽换热器中不凝气的去除方法，以提高蒸汽换热器的换热效率。
本申请实施例提供了一种不凝气去除装置，包括：
冷凝器，用于对蒸汽进行冷凝；
气液分离罐，包括上下设置的气液分离区和液封区；所述气液分离区的入口被配置为使混合有不凝气的气液混合物切向进入所述气液分离区；
导流管，包括第一端和第二端，所述第一端延伸至所述气液分离区的中下部，第二端连通负压产生装置；在所述负压产生装置工作时，所述负压产生装置通过所述导流管使所述气液分离区的中下部形成低压区，所述气液分离区上下区域的压差使所述气液混合物螺旋下降并产生离心力，所述导流管将通过离心力分离出的不凝气排出；
汇流装置，用于汇聚气液分离后的液体并将所述液体通入至所述液封区内部。
在上述实现过程中，首先通过冷凝器将混合有不凝气的蒸汽进行冷凝，并输出混合有不凝气的气液混合物。气液混合物经气液分离区入口切向进入气液分离区并螺旋下降，气液分离区上下区域的压差加快气液混合物螺旋下降并使气液混合物产生离心力，由于不凝气气体和水蒸气液体的重量不同，在离心力的作用下，不凝气气体和水蒸气液体产生分离，水蒸气液体向气液分离区的内壁运动，不凝气气体则位于气液分离区中心轴线的外围附近。水蒸气液体经汇流装置汇聚并通入至液封区内部，不凝气气体在负压的抽吸作用下进入导流管并经导流管的第二端排出，从而实现不凝气的去除。
在一种可能的实现方式中，所述负压产生装置为水环真空泵；所述水环真空泵包括与所述导流管第二端连通的真空泵进气口、用于输送不凝气的气道、以及将所述不凝气排出的真空泵出气口；所述水环真空泵还包括真空泵循环水进口、水道和真空泵循环水出口。
在一种可能的实现方式中，所述真空泵循环水进口与所述真空泵循环水出口均与所述液封区连通；在所述真空泵循环水进口与所述液封区的连通管路上还设有换热器。
在上述实现过程中，换热器将液封区内温度较高的冷凝水和温较低的冷却水进行换热，保证进入水环真空泵的水的温度低于其安全温度，以保障水环真空泵的正常工作。
在一种可能的实现方式中，所述气液分离罐还包括：
第一出水口，设置在所述液封区的中下部；所述第一出水口设置有放空阀门；
第二出水口，设置在所述液封区的顶部；所述第二出水口设置有溢流阀门。
在上述实现过程中，液封区放空时放空阀门开启。液封区连接外来水管进行补水时，溢流阀门关闭，气液分离罐正常工作时溢流阀门开启，以确保液封区的液位高度在设定高度范围内。
在一种可能的实现方式中，所述汇流装置包括：
倒锥形筒，位于所述气液分离区内，所述倒锥形筒的上筒口边缘与所述气液分离罐的内壁贴合；
U型管，包括第一端口和第二端口，所述第一端口与所述倒锥形筒的上筒口连通，第二端口通入至所述液封区内部。
在上述实现过程中，U形管管口位置低于溢流阀门，确保U形管始终实现液封功能。U形管通入至液封区的管口始终处于液封状态，用于确保气液分离区的不凝气不会由U型管管口排出，而是全部由导流管排出。
在一种可能的实现方式中，所述导流管伸入所述气液分离区的长度为所述气液分离区最高深度的60％-80％，以确保不凝气进入气液分离区后自上而下螺旋流动。
根据本发明的另一方面，还提供了一种撬装式不凝气去除装置，包括如上所述的不凝气去除装置及固定所述不凝气去除装置的底盘。
在上述实现过程中，撬装式不凝气去除装置通过撬杠就可以实现整体移动或就位。撬装式不凝气去除装置将阀门、换热器等集成在一起，在与蒸汽换热器等设备连接时，只需用管线联通即可。
根据本发明的再一方面，还提供了一种不凝气去除方法，包括：
对蒸汽进行冷凝；
使冷凝后混合有不凝气的气液混合物切向进入气液分离区；
向所述气液分离区通入包括第一端和第二端的导流管，导流管的第一端延伸至所述气液分离区的中下部，在所述导流管的第一端形成使所述气液混合物螺旋下降并产生离心力的负压，通过所述离心力分离出的不凝气经所述导流管的第一端进入并由第二端排出；
将气液分离后的液体汇聚并通入至能够存储所述液体并对所述液体的出口处进行液封的液封区。
在一种可能的实现方式中，使所述导流管的第二端连接水环真空泵；所述水环真空泵包括用于输送不凝气的气道以及能够对所述气道进行换热的水道。
在一种可能的实现方式中，所述水环真空泵的水道与所述液封区连通构成循环水道；以及在所述循环水道上设有换热器。
在一种可能的实现方式中，在所述液封区的中下部设置第一出水口，以及在所述第一出水口设置放空阀门；
在所述液封区的顶部设置第二出水口，以及在所述第二出水口设置溢流阀门。
在一种可能的实现方式中，所述导流管伸入所述气液分离区的长度为所述气液分离区最高深度的60％-80％。
根据本发明的又一方面，还提供了一种蒸发结晶设备，包括蒸汽换热器和如上所述的不凝气去除装置，所述蒸汽换热器的不凝气排放口与所述不凝气去除装置中的冷凝器入口连接。
由以上技术方案可知，本申请中的不凝气去除装置首先对混合有不凝气的蒸汽进行冷凝，然后通过离心力的作用将不凝气气体和水蒸气液体产生分离，并通过负压产生装置将不凝气抽走，实现不凝气的去除，进而能够提高蒸汽换热器的换热效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的一种不凝气去除装置的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种不凝气去除方法的流程图。
图标：100-冷凝器；110-冷凝器入口；120-冷凝器出口；130-冷凝器循环冷却水入口；140-冷凝器循环冷却水出口；200-气液分离罐；210-气液分离区；220-液封区；221-液封区出水口；222-液封区入水口；230-第一出水口；240-第二出水口；250-放空阀门；260-溢流阀门；270-气液分离区入口；280-气液分离区出口；300-汇流装置；310-倒锥形筒；320-U型管；400-导流管；500-负压产生装置；510-真空泵进气口；520-真空泵出气口；530-真空泵循环水进口；540-真空泵循环水出口；600-换热器；610-换热器循环冷却水入口；620-换热器循环冷却水出口；630-换热器入口；640-换热器出口。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
请参看图1，图1为本申请实施例提供的一种不凝气去除装置的结构示意图。不凝气去除装置包括冷凝器100、气液分离罐200、汇流装置300、导流管400和负压产生装置500。
冷凝器100包括冷凝器入口110、冷凝器出口120、冷凝器循环冷却水入口130和冷凝器循环冷却水出口140。冷凝器100用于对进入至冷凝器100的蒸汽进行冷凝。冷凝器100中，循环冷却水流动方向同不凝气流动方向相反，逆流冷却确保不凝气中夹带的蒸汽得到充分冷凝。冷凝器出口120输出混合有不凝气的气液混合物。
气液分离罐200包括上下设置的气液分离区210和液封区220。气液分离罐200包括气液分离区入口270和气液分离区出口280。气液分离区入口270被配置为使混合有不凝气的气液混合物切向进入气液分离区210并具有螺旋下降的趋势。在气液分离区出口280插入导流管400。
导流管400包括第一端和第二端，第一端延伸至气液分离区210的中下部，第二端连通负压产生装置500。在负压产生装置500工作时，负压产生装置500通过导流管400使气液分离区210的中下部形成低压区，气液分离区210上下区域的压差使气液混合物螺旋下降并产生离心力，导流管400将通过离心力分离出的不凝气排出。
汇流装置300设置在气液分离罐200内，用于汇聚气液分离后的液体并将液体通入至液封区220内部。
在上述实现过程中，首先通过冷凝器100将混合有不凝气的蒸汽进行冷凝，并输出混合有不凝气的气液混合物。气液混合物经气液分离区210入口切向进入气液分离区210并螺旋下降，气液分离区上下区域的压差加快气液混合物螺旋下降并使气液混合物产生离心力，由于不凝气气体和水蒸气液体的重量不同，在离心力的作用下，不凝气气体和水蒸气液体产生分离，水蒸气液体向气液分离区210的内壁运动，不凝气气体则位于气液分离区210中心轴线的外围附近。水蒸气液体经汇流装置300汇聚并通入至液封区220内部，不凝气气体在负压的抽吸作用下进入导流管400并经导流管400的第二端排出，从而实现不凝气的去除。
在一种可能的实现方式中，气液分离罐200采用圆柱形罐体，气液分离区210入口同圆柱形气液分离区210在水平方向上切向连接，气液分离区210入口与水平方向夹角为向下朝向0-45°，以确保不凝气进入气液分离区210后螺旋下降，使冷凝后液滴具有离心力，便于气液分离。
在一种可能的实现方式中，导流管400第一端伸入气液分离区210的长度为气液分离区210最高深度的60％-80％，以确保不凝气进入气液分离区210后自上而下螺旋流动。导流管400伸入气液分离区210的位置位于气液分离区210的中心轴线处，以确保中心轴线外围的不凝气能够等距均匀地进入导流管400内，以形成中心轴线与气液分离区210中心轴线重合的气流旋涡，气流旋涡居中，则气液分离区210内气液混合物的螺旋运动更均匀，由此产生的离心力亦均匀。
在一种可能的实现方式中，负压产生装置500采用水环真空泵。参见图1，水环真空泵包括与导流管400第二端连通的真空泵进气口510、用于输送不凝气的气道、以及将不凝气排出的真空泵出气口520。水环真空泵还包括真空泵循环水进口530、水道和真空泵循环水出口540。水环真空泵具有结构简单紧凑，工作平稳可靠，操作简单，维修方便等优点。
需要说明的是，负压产生装置500采用水环真空泵只是示例性的，凡是能够与导流管400联通并使导流管400第一端处产生负压的装置均落入本申请的保护范围。
在一种可能的实现方式中，真空泵循环水进口530与真空泵循环水出口540均与液封区220连通。在真空泵循环水进口530与液封区220的连通管路上还设有换热器600。
在上述实现过程中，换热器600将液封区220内温度较高的冷凝水和温较低的冷却水进行换热，保证进入水环真空泵的水的温度低于其安全温度，以保障水环真空泵的正常工作。在一种可能的实现方式中，换热器600为板式换热器600。参见图1，换热器600包括换热器循环冷却水入口610、换热器循环冷却水出口620、换热器入口630和换热器出口640。换热器入口630与液封区出水口221连通，换热器出口640与真空泵循环水进口530连通，真空泵循环水出口540与液封区入水口222连通，即液封区220内的水经换热器600和水环真空泵后再次回流至液封区220，实现水循环。液封区220中的水循环使用，可提高液封区220内水的利用率。
在一种实现方式中，气液分离罐200还包括第一出水口230和第二出水口240。第一出水口230设置在液封区220的中下部，第一出水口230设置有放空阀门250。液封区220放空时放空阀门250开启。
第二出水口240设置在液封区220的顶部；第二出水口240设置有溢流阀门260。液封区220连接外来水管进行补水时，溢流阀门260关闭，气液分离罐200正常工作时溢流阀门260开启，以确保液封区220的液位高度在设定高度范围内。
在一种可能的实现方式中，汇流装置300包括倒锥形筒310和U型管320。倒锥形筒310位于气液分离区210内，倒锥形筒310的上筒口边缘与气液分离罐200的内壁贴合。U型管320包括第一端口和第二端口，第一端口与倒锥形筒310的上筒口连通，第二端口通入至液封区220内部。U形管管口位置低于溢流阀门260，确保U形管始终实现液封功能。
根据本申请的另一方面，还提供了一种不凝气去除方法，如图2所示，包括如下步骤：
S101：对蒸汽进行冷凝；
S102：使冷凝后混合有不凝气的气液混合物切向进入气液分离区210；
S103：向气液分离区210通入包括第一端和第二端的导流管400，导流管400的第一端延伸至气液分离区210的中下部，导流管的第二端连接负压产生装置，负压产生装置通过导流管使气液分离区的中下部形成低压区，气液分离区上下区域的压差使气液混合物螺旋下降并产生离心力，通过离心力分离出的不凝气经导流管400的第一端进入并由第二端排出；
S104：将气液分离后的液体汇聚并通入至能够存储液体并对液体的出口处进行液封的液封区220。
在上述实现过程中，首先对混合有不凝气的蒸汽进行冷凝，并输出混合有不凝气的气液混合物。气液混合物经气液分离区210入口切向进入气液分离区210并螺旋下降，导流管400的第一端的负压加快气液混合物螺旋下降并使气液混合物产生离心力，由于不凝气气体和水蒸气液体的重量不同，在离心力的作用下，不凝气气体和水蒸气液体产生分离，水蒸气液体向气液分离区210的内壁运动，不凝气气体则位于气液分离区210中心轴线的外围附近。水蒸气液体经汇流装置300汇聚并通入至液封区220内部，不凝气气体在负压的抽吸作用下进入导流管400并经导流管400的第二端排出，从而实现不凝气的去除。
在一种可能的实现方式中，使导流管400的第二端连接水环真空泵；水环真空泵能够产生负压，并使导流管400的第一端产生负压。水环真空泵包括用于输送不凝气的气道以及能够对气道进行换热的水道。水环真空泵的水道与液封区220连通构成循环水道；以及在循环水道上设有换热器600。该实施例中的水环真空泵可采用图1中所示结构的水环真空泵，此处对于水环真空泵的具体结构不再做详细阐述。
在一种可能的实现方式中，导流管400伸入气液分离区210的长度为气液分离区210最高深度的60％-80％，以确保不凝气进入气液分离区210后自上而下流动。
根据本申请的再一方面，提供了一种蒸发结晶设备，包括蒸汽换热器和如上所述的不凝气去除装置。
利用上述不凝气去除装置去除蒸汽换热器中的不凝气，具体地，以0.5t/h规模的MVR蒸发结晶设备为例进行举例说明。MVR蒸发结晶设备正常运行工况下，冷凝器入口110同MVR蒸发结晶设备的蒸汽换热器上端不凝气排放口连接，蒸汽换热器内蒸汽温度为100-105℃，压力为微正压，作为负压产生装置的水环真空泵吸气流量Q＝52m3/h，真空度范围为1-50KPa。在水环真空泵抽吸工况下，蒸汽换热器中不凝气经冷凝器入口110进入冷凝器100，经冷凝器100冷却后，不凝气温度冷却至25-45℃，随后进入气液分离罐200的气液分离区210，完成气液分离后的不凝气经导流管400进入水环真空泵并排出。
在使用换热器600的实施例中，液封区220的水经换热器600冷却后温度降至25-40℃后进入水环真空泵。
经验证，0.5t/h规模MVR蒸发结晶设备中的蒸汽换热器使用不凝气去除装置抽取不凝气后，较未处理不凝气前，其换热效率提升了5-30％。
根据本申请的又一方面，还提供了一种撬装式不凝气去除装置，包括如上所述的不凝气去除装置及固定不凝气去除装置的底盘。
在上述实现过程中，撬装式不凝气去除装置通过撬杠就可以实现整体移动或就位。撬装式不凝气去除装置将冷凝器、气液分离罐、水环真空泵、阀门、换热器、仪表等集成在一起，在与蒸汽换热器等设备连接时，只需用管线联通即可。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
Claims (10)
1.一种不凝气去除装置，其特征在于，包括：
冷凝器，用于对蒸汽进行冷凝；
气液分离罐，包括上下设置的气液分离区和液封区；所述气液分离区的入口被配置为使混合有不凝气的气液混合物切向进入所述气液分离区；
导流管，包括第一端和第二端，所述第一端延伸至所述气液分离区的中下部，第二端连通负压产生装置；在所述负压产生装置工作时，所述负压产生装置通过所述导流管使所述气液分离区的中下部形成低压区，所述气液分离区上下区域的压差使所述气液混合物螺旋下降并产生离心力，所述导流管将通过离心力分离出的不凝气排出；
汇流装置，用于汇聚气液分离后的液体并将所述液体通入至所述液封区内部。
2.根据权利要求1所述的不凝气去除装置，其特征在于，所述负压产生装置为水环真空泵；所述水环真空泵包括与所述导流管第二端连通的真空泵进气口、用于输送不凝气的气道、以及将所述不凝气排出的真空泵出气口；
所述水环真空泵还包括真空泵循环水进口、水道和真空泵循环水出口。
3.根据权利要求2所述的不凝气去除装置，其特征在于，所述真空泵循环水进口与所述真空泵循环水出口均与所述液封区连通；
在所述真空泵循环水进口与所述液封区的连通管路上还设有换热器。
4.根据权利要求1至3中任一所述的不凝气去除装置，其特征在于，所述气液分离罐还包括：
第一出水口，设置在所述液封区的中下部；所述第一出水口设置有放空阀门；
第二出水口，设置在所述液封区的顶部；所述第二出水口设置有溢流阀门。
5.根据权利要求4所述的不凝气去除装置，其特征在于，所述汇流装置包括：
倒锥形筒，位于所述气液分离区内，所述倒锥形筒的上筒口边缘与所述气液分离罐的内壁贴合；
U型管，包括第一端口和第二端口，所述第一端口与所述倒锥形筒的上筒口连通，第二端口通入至所述液封区内部。
6.根据权利要求4所述的不凝气去除装置，其特征在于，所述导流管伸入所述气液分离区的长度为所述气液分离区最高深度的60％-80％。
7.一种撬装式不凝气去除装置，包括如权利要求1至6中任一所述的不凝气去除装置及固定所述不凝气去除装置的底盘。
8.一种不凝气去除方法，其特征在于，包括：
对蒸汽进行冷凝；
使冷凝后混合有不凝气的气液混合物切向进入气液分离区；
向所述气液分离区通入包括第一端和第二端的导流管，导流管的第一端延伸至所述气液分离区的中下部，导流管的第二端连接负压产生装置，所述负压产生装置通过所述导流管使所述气液分离区的中下部形成低压区，所述气液分离区上下区域的压差使所述气液混合物螺旋下降并产生离心力，通过所述离心力分离出的不凝气经所述导流管的第一端进入并由第二端排出；
将气液分离后的液体汇聚并通入至能够存储所述液体并对所述液体的出口处进行液封的液封区。
9.根据权利要求8所述的不凝气去除方法，其特征在于，使所述导流管的第二端连接水环真空泵；所述水环真空泵包括用于输送不凝气的气道和能够对所述气道进行换热的水道；
所述水环真空泵的水道与所述液封区连通构成循环水道。
10.一种蒸发结晶设备，其特征在于，包括蒸汽换热器和权利要求1至6中任一所述的不凝气去除装置，所述蒸汽换热器的不凝气排放口与所述不凝气去除装置中的冷凝器入口连接。
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